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Ingeciber, S.A.
Simulação numérica de elementos curvos feitos de materiais compósitos
Simulação numérica de elementos curvos feitos de materiais compósitos
Afonso Leite1, Pedro Navarro2 e João Travassos1
1 – Docentes2 – Encarregado de trabalhos
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Aplicações dos elementos curvos
• Os elementos curvos estão presentes em todas as aplicações dos materiais compósitos de matriz polimérica:
Engenharia Mecânica
www.compositesworld.com www.travassos.com
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Aplicações dos elementos curvos
Torre Rovira em Valência(www.reinforcedplastic.com)
Reforço de casco de barco(Wey-bo WANG, Phd Thesis 2002)
Engenharia CivilEngenharia Naval
Perfis em compósitos(www.tadipol.com)
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Materiais e detalhes geométricos dos elementos curvos
Teoria Multicamada de Ko e Jackson (89)
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• O material utilizado para a construção dos elementos curvos foi a fibra de vidro unidireccional pré-impregnadaem resina epoxídica, com a referência UE400 REM GLASS UD PREPREG da marca SEAL, com 0,27 mm de espessura, com as propriedades elásticas:
EL = 45,18 GPa υLT = 0,33ET = 11,07 GPa GLT = 6,6 GPa
• A sequência de empilhamento do elemento estudado, designada por “ALV1” é a seguinte:
[45, 0, 45, (0)2, 45, 0]s• Tendo uma espessura total de 3,8 mm (14 camadas)
Materiais e detalhes geométricos dos elementos curvos
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• As propriedades do laminado, são calculadas através da teoria das placas laminadas e são respectivamente para as orientações da fibra de 0º e 45º:
0,210,081νrθ
6,666,66Grθ [GPa]
11,0711,07Er [GPa]
16,1345,18Eθ [GPa]
45º0º
Materiais e detalhes geométricos dos elementos curvos
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Simulação numéricaModelação
• Foram feitos vários modelos de elementos finitos no programa ANSYS:• Casca multicamada “Shell 99” e “Shell 181”;• Sólidos multicamada “Solid 46”;• Elementos planos “Plane82”.
• Na modelação de linhas e áreas e na construção da malha usaram-se os sistemas de coordenadas cartesiano (partes planas) e cilíndrico (partes curvas).
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X
ZY
Z
X
Eshape on
Simulação numéricaModelação e malha – Shell99 e 181
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Simulação numéricaResultados Shell99; carga de 300 N
Tensões radiais médias
Tensões tangenciais médias Deslocamento vertical
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Tensões radiais – camada 1, face de cima
Deformada
Tensões radiais –todas as camadas
Simulação numéricaResultados com Solid46
• Modelou-se com dois elementos ao longo da espessura, com 7 camadas cada um.
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Tensões tangenciais
Simulação numéricaResultados com Plane82
Cada camada é modelada com elementos planos com propriedades ortotrópicas
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Tensões radiais
Tensão radial máximaA meio da espessura
Simulação numéricaResultados com Plane82
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Conclusões dos estudos no Ansys
• Apenas o modelo numérico com elementos planos Plane82 apresentou, por enquanto, resultados coerentes com a bibliografia (tensão radial máxima a meio da espessura);
• Os modelos usando os elementos Shell99 e Shell 181 deram resultados aceitáveis para a tensões tangenciais; para as radiais apenas no início da curvatura, necessitando de mais desenvolvimento;
• O modelo com elementos Solid46 precisa de continuar a ser desenvolvido e também se pode estudar o Solid191 – 3D 20 Node Layered structural Solid e comparar resultados entre os dois.
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Obtenção do moldeda viga curva, comresina maquinávelBiresin VP HTR
Fabrico dos elementos curvos
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• Empilhamento das camadas e colocação no saco de vácuo para efectuar a cura no autoclave.
Fabrico dos elementos curvos
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• Corte dos elementos curvos
Fabrico dos elementos curvos
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Trabalhos de investigação futuros
• Fabricar e testar viga curva em cantoneira com base na ASTM D 6415 –99 – “Standard Test Method for Measuring the Curved Beam Strength of aFiber-Reinforced Polymer-Matrix Composite”
Novo molde
Fazer modelo desta cantoneira no Ansys